Способ алмазного бурения горных пород и устройство для его осуществления

 

Изобретение м.б. использовано при бурении геологоразведочных скважин и позволяет повысить эффективность бурения за счет увеличения углубки за один оборот породорежушего инструмента и создать радиальное направление касающейся забоя части струи промывочной жидкости (ПЖ) из . щели. Устройство включает корпус и алмазосодержащую матрицу (АМ), разделенную на сектора 2 проь(ывочпыми каналами 3. В каждом из них с внутренней стороны секторов 2 выполнены перегородки 5, образуюпше щель 4 с высотой, равной высоте AM. Шель 4 имеет форму голикоида с поворотом у рабочего торца AM в сторону вращения и с постепенным переходом по высоте в радиаль}1ое направление. Для осуществления способа с гюмощ1,и) данного устроГютва сначала разругдают породу забоя алмазами инструмента. менно ПЖ подается по буровому снаряду к забою под Г1ул1 сирую1цим давлением и возде1 1ствует на его разрушаемы слой. Пульсация Ш обусловлена воздергствием гидростатического столба жидкости в скв;1Ж1П1е, а затем резким снижением давления под струей из щели 4. При этом скорость фильтрации ПЖ и механическую скорость бурения уравнивают путем увеличения Mexaim- ческой скорости до максим;1Л11Ной для данной коронки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. Ф (Л оо 4 ОО ее N:)

„„SU„„ l 348492

Ai (51 ) 4 Е 21 H 21/08 10/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р Ф ь

, «4 .", СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИК вЂ” ф . = — РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3937461/22-03 (22) 29.07.85 (46) 30.10.87. Бюл. М 40 (71) Казахский политехнический институт им. H. И. Ленина (72) M. Г, Тлеуов, Т. Б. Савостин, Н, В, Поветкин и P. И, Маркина (53) 622, 243, 13: 622, 24. 051, 7(088. 8) (56) Бугаев А. А. и др. Синтетические алмазы в геологоразведочном бурении, Киев, Наукова думка, 1978, с, 208-2)7.

Блинов Г ° А, и др. Справочное руководство мастера геологоразведочного бурения. Л.: Недра, 1983, с. 192.

Глазов М. Г, и др. Алмазосберегающая технология бурения, — Разведка и охрана недр, )983, с, 28-31. (54) (. НОСОВ АЛМАЗНОГО БУРЕНИЯ ГОРН!)Х

ПОРОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТН. 1ЕНИЯ (57) Изобретение м. б. использовано при бурении геологоразведочных скважин и позволяет повысить эффективность бурения эа счет увеличения углубки за один оборот породорежуцего инструмента и создать радиальное направление касающейся забоя ч,.сти струи промывочной жидкости ()И ) иэ цели ° Устройство включает корпус и алмазосодержащую матрицу (АМ), разделенную на сектора 2 промывочными к аналамг1 1, В каждом из них с HIIvT реннеи стороны секторов 2 вынолнены перегородки 5, образующие щель 4 с высо той, равной высоте АМ. 1))елг, 4 имеет форму голикоида с поворотом у рабочег О Topi jul АМ в c TÎ >Î!1 нр аце ния и с постепенным переходом по высоте и радиальное направление. Для осуществления способа с помопп,ю дагпюго ус-,ройства сначала разрущают порпjj> забоя алмазами инструмента, Одновременно !И подается по буровому снаря— ду к забою под пулг сирующим давлением и воздействует на его разрущаемый слои ° Пульсация К!1 обусловлена воз действием гидрос татического столба жидкости в скважине, а затем резким снижением давления под струей из щели 4, 11ри этом скорость фильтрации

)БЕ и механическую скорость бурения уравнивают путем увеличения Me õýiøческой скорости до максимальной для данной коронки, 2 з,п. A-ëû, 4 ил.

1348492

5с

Изобретение относится к бурению горных пород и может быть использовано в народном хозяйстве при алмазном колонковом бурении геологоразведочных скважин, Цель изобретения — повышение эффективности бурения за счет увели— чения углубки за один оборот породоразрушаюшего инструмента.

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления способа, вид сбоку; на фиг. 2 — то же, вид снизу; на фиг. 3 — вид на промывочный канал, вид Л на фиг. 1; на фиг. 4 — вид Б на фиг. 2 °

Устройство состоит из корпуса 1, имеюшего резьбу для соединения с копопковой трубой (не показано), скреплепного с алмазосодержашей матрицей, разделенной на сектора 2 промывочными каналами 3. В промывочных каналах

3 имеются щели 4 для прохода промывочной жидкости, образованные перегородками 5, Перегородки 5 выполнены продолжением внутренней поверхности секторов 2 матрицы. Щель 4 имеет угол

6 поворота относительно радиального направления в сторону вращения инструмента, Угол 6 поворота щели 5 относительно радиального направления максимален у рабочего торца устройства и с высотой щели плавно уменьшается таким образом, что у корпуса I щель имеет уже радиальное направление.

Устройство работает следующим образом.

11од осевой нагрузкой алмазы торца устройства вдавливаются в забой, а при вращении снаряда, что обуславливлет движение алмазов торца по забою, происходит разрушение породы. Промывочная жидкость подается по буровому снаряду к забою, проходит внутри корпуса 1 устройства, смывает внутренние поверхности секторов 2 и перегородок

5и через щели 4 подается в промывочные каналы 3, а затем по скважине выносится на поверхность, На выходе из шели 4 и при касательном пересечении забоя по промывочному каналу 3 струя промывочной жидкости обладает значительной скоростью. В связи с этим суммарное гидростатиче ское и гидродинамическое давление жидкости на забой в месте касания его пересекающей струей ниже, чем только гидростатическое давление по остальной площади промывочного канала 3, и уже проник10

45 шая под Гидроста типt скнм длвчепием в микротрешины забоя жидкость пад струей выдавливается из микротрешин.

При вращении инструмента прохождение промывочного канал» 3 устройства над каждым участком забоя сопровождается воздействием сначала гидроста— тического давления столба жидкости в скважине, затем резкого снижения давления под струей из шели 4, обусловленного эффектом суммарного воздействия гидростатического и гидро1 динамического давлений и вновь гидростатического давления . Такая пульсирующая динамика действия давления жидкости позволяет жидкости глубже проникать в микротрешины забоя ° Кроме того, при этом происходит осцилляция частичек породы из забоя, образованных микротрешинами, в результате чего увеличивается глубина микротрещин, что способствует увеличению глубины промокаемого слоя. Колебания частичек породы обусловлены разницей давлений промывочной жидкости в соседних микротрешинах на границе касания забоя струей по мере врашения инструмента.

Пример. Забой на глубине

100 м находится под давлением про1ывочной жидкости, например воды, порядка 10 кг/см, Под этим давлением 2 глубина промокаемого слоя достигает

О, 1 мм, следовательно, механическая скорость бурения при частоте врашения 600 мин не должна превьппать

600 мин " x 0,1 мм = 60 мм/мин

3,6 м/ч.

Однако, эффективной для данных пород и условий является опытно подобранная коронка с крупностью объемных алмазов 1,2 — 1,4 мм, следователь но, оптимальная механическая скорость бурения определяется:

600 мин " x (0,12-0,14} мм =

72 — 84 мм/мин = 4,8 м/ч.

При бурении подбирается расход жидкости с тем, чтобы при оптимальной механической скорости мощность на бурение была минимальной, это свидетельствует о работе алмазов в режиме мокрого трения, т.е. о том, что скорость фильтрации, которая находит- ся в прямой зависимости от скорости истечения промывочной жидкости из шелеи, равна или превышает оптимальную механическую скорость бурения, з

l 348492! lосле каждого рейса исследуется износ алмазов на предмет наличия на

f! !! забое сухого трения, о чем могут свидетельствовать площадки эаполирования на нижних концах. Если этого нет, то режимы выбраны правильно и повышение глубины фильтрации достигает как минимум 30-407, Следовательно, эффективность собственно бурения повысилась на 30-403, В случае, если механическая ско10 рость осевой нагрузкой не оптимизируется, что указывает на применение слишком крупных для данных проходимых пород алмазов, необходимо применить инструмент с меньшей размерностью объемных алмазов. При этом следует учитывать то, что для обеспечения наибольшей эффективности бурения необходимо применение породоразрушающего инструмента с максимально большой для данных пород крупностью

20 алмазов, так как это обеспечит лучшую механическую скорость бурения. 25

Бурение на больших глубинах связано с большим гидростатическим давлением, что обуславливает большую глубину промокаемого слоя, поэтому необ30 ходимость в применении предлагаемого способа и устройства с глубиной скважины уменьшается, Для того, чтобы струя из щели пересекала забой в радиальном направлении и время действия гидростатическо- З5 го давления на забой в каждом промывочном канале до и после воздействия струй было равным, щель выполняют с переменным углом 6 к радиальному направлению устройства в направлении его вращения, учитывающим линейную скорость вращения устройства и скорость истечения струй промывочной жидкости иэ щели, Пример. При современных режимах бурения алмазами линейная скорость движения матрицы при вращении инструмента равна ?-2,5 м/с (частота вращения коронки 4 59 мм в преде40

45 иия из щелей обшей площадью около

50 мм (6 щелей шириной 1 мм и высо2 той 8 мм) при расходе 20-25 дм /мин составляет 8-10 м/с. Для данных условий максимальный угол поворота щели равен 15

По мере торцового износа секторов

2 матрицы площадь щелей 4 уменьшает55 ся, так как высота формирующих струю лах 600-700 мин ), а скорость истече- 50 щелей равна высоте промывочных каналов 3, а значит, скорость истекающих из щелей 4 струй промывочной жидкости возрастает. Угол 6, под которым выбрасывается промывочная жидкость из щели 4, т.е, угол поворота щели 4 относительно радиального направления инструмента, плавно уменьшается с высотой щели, и у корпуса l щель 4 имеет уже радиальное направление.

Этим достигается то, что струя, увеличивающая свою скорость по мере торцового износа устройства, все время пересекает забой в радиальном направлении.

Увеличение глубины промокаемого слоя и скорости фильтрации позволяет повысить механическую скорость бурения путем увеличения углубки инструмента за оборот, снизить мощность на вращение инструмента и в целом повысить эффективность бурения ° формула и э обретения

1, Способ алмазного бурения горных пород, включающий разрушение пород забоя алмазами породоразрушаюшего инструмента с одновременным воздействием промывочной жидкостью на разрушаемый слой забоя, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения эффективности бурения за счет увеличения углубки за один оборот породорежушего инструмента, уравнивают механическую скорость бурения и скорость фильтрации промывочной жидкости путем увеличения механической скорости бурения до максимальной для данной коронки и подачи промывочной жидкости на забой под пульсирующим давлением.

2. УстройсТво для алмазного бурения горных пород, включающее корпус и алмазосодержашую матрицу, разделенную на сектора промывочными каналами, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что. в каждом промывочном канале со стороны внутренней поверхности секторов матрицы выполнены перегородки, образующие щель, причем длина щели равна высоте матрицы.

3, Устройство по и. 2, о т л и— ч а ю ш е е с я тем, что, с целью создания радиального направления касающейся забоя части струи промывочной жидкости из щели, последняя вьгполнена в форме голикоида с поворотом у рабочего торца матрицы в сторону вращения и с постепенным переходом по высоте в радиальное направление, Составитель А. Хромин

Редактор А. Долинич Техред !I. Серик кона корректор А. Зимокосов

Заказ 5173/31

Тираж 532 Подписное

В11ИИИИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Произв бедственно-полиграфическое нредприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4